在臺灣，每年都有海量蝦蟹殼和魷魚軟骨，由於難以下嚥而被丟棄。然而，這些看似沒有用的副產物，卻有豐富的幾丁質（Chitin），是自然界含量僅次於纖維素的天然聚合物，具備無毒性、抗菌性、生物相容性、生物可降解性，以及促進傷口癒合的能力，被學界視為生醫和食品領域的「超級材料」。依據其晶體結構排列不同，可分為 3 種同質異晶體：

• α-幾丁質：最常見，分子層之間呈反向平行排列，結構最緊密。
• β-幾丁質：較少見，分子層之間呈平行排列，結構相對鬆散。
• γ-幾丁質：最稀有且複雜，通常被認為是 α 與 β 的混合型態，具有兩層平行排列與一層反向平行排列的混合結構。

可惜的是，無論哪種同質異晶體，都存在大量分子內與分子間氫鍵，難溶於水、稀酸、稀鹼，以及多數常見的有機溶劑。而少數可用於溶解幾丁質的溶劑，例如 LiCl／二甲基乙醯胺（DMAc）混合溶液等，多半具有毒性、分子量降解、加工程序繁複、成本高昂、環境污染等疑慮，難以應用在生醫和食品領域，使其進化成超級材料的路途非常坎坷。

以往，科學家慣以高熱和高濃度強鹼（如 50% 氫氧化鈉水溶液）讓幾丁質進行去乙醯化作用（Deacetylation），製備成可溶於稀酸的幾丁聚醣（Chitosan）。這種方法雖能順利溶解幾丁質，卻又衍生出更多困擾，那就是製備過程必須消耗大量熱能及強鹼物質，後續還得使用大量清水，將幾丁聚醣清洗到中性，才能加工再利用，可說是非常浪費資源。

2022 年，國立臺灣海洋大學食品科學系蔡敏郎教授率領研究團隊，發表「氫氧化鈉／單寧酸（Sodium Hydroxide/Tannic Acid，Na/TA）水溶劑系統」，搭配冷凍解凍循環技術，溫和溶解幾丁質，解決傳統製程高污染、高能耗的困境。

談及開發氫氧化鈉／單寧酸系統的動機，教授表示，學術界早期以比較好溶的幾丁聚醣為研究對象，幾丁質相關研究較少。直到近 20 年，全球開始擴大幾丁質應用，才有學者發現氫氧化鈉／尿素（NaOH/Urea）是少數鹼性不強，而且能夠溶解幾丁質的溶劑系統。

這兩個系統之所以能溶解幾丁質，關鍵就在於「冷凍解凍循環技術」，方法是先將幾丁質粉末放入氫氧化鈉水溶液，初步破壞氫鍵，再利用極低溫冷凍，讓水分子結冰。此時，水分子體積膨脹，產生的物理力量就像千斤頂，足以撐開幾丁質結構，進一步破壞氫鍵。

研究初期，教授原以為尿素和單寧酸角色接近，都是附著在幾丁質分子表面，使其溶解。後來卻在無意間發現，幾丁質粉末放入氫氧化鈉／單寧酸溶液後，溶液特性出現非常巨大的變化，尤其黏度竟然能下降 50％！這到底是為什麼呢？

為了解謎，研究團隊選用蝦殼（α-幾丁質）和魷魚軟骨（β-幾丁質）作為原料，結合許多分子模型與實驗設計，經過不斷反覆嘗試，終於找出潛藏的關鍵——單寧酸是一種水溶性弱酸，具有多個酚羥基；研究團隊推測，這些羥基不僅會附著在幾丁質分子鏈上，還會導致原本長長的分子鏈折疊或捲曲，不易互相纏繞、打結，讓溶液黏度因此大幅降低。 

研究發現，相較於傳統的氫氧化鈉／尿素系統，單寧酸系統溶解效率更高，亦可溶解更高濃度的幾丁質。更重要的是，傳統去乙醯化製程需要 80～130℃ 的高溫，而氫氧化鈉／單寧酸系統只要 30℃ 就能進行反應，而且氫氧化鈉用量只要傳統製程的四分之一，清洗幾丁聚醣所需的用水量也只要傳統製程的三分之一，明顯降低資源消耗和工業化應用門檻。

初步溶解幾丁質後，研究團隊將溶液存放在 30℃ 的環境中，使其持續進行去乙醯化作用，轉變成高規格的幾丁聚醣。這個過程能夠精確調控幾丁聚醣的兩項關鍵分子特性，也就是「分子量」和「去乙醯度」。

幾丁聚醣的去乙醯度越高，代表材料純度越高，生物活性（如抗菌能力）也越強。團隊發現，存放 20 天後，去乙醯度可高達 90%，適合製作生醫薄膜和傷口敷料；同時，分子量降低，代表水溶性提高，更容易被人體吸收、利用，因此也很適合用於包覆藥物，控制藥物在體內的釋放速度。

在材料領域，利用幾丁聚醣無毒、抗菌性強、可自然分解，且能有效阻擋濕氣與氧氣的特性，就能製作食用塗層和食品包裝薄膜，延長保鮮期；而在化妝品業，天然、無毒的幾丁聚醣，則可作為護髮劑和潤膚保濕成分，替代人工合成的化學物質。

蔡敏郎教授現任國立臺灣海洋大學食品科學系副主任，以及臺灣幾丁質幾丁聚醣生物材料學會秘書長，從事食品加工、生物聚合物、流變學研究迄今超過 30 年，參與過許多幾丁質和幾丁聚醣的計畫，亦發表過許多相關著作。

回想這段心路歷程，教授表示，當初進入研究所時，指導教授的研究領域就是幾丁質和大豆蛋白，有學長告訴他：「大豆蛋白的研究，其實我們都做得差不多了啦，但幾丁質剛開始，還有很多可以做喔！」自此便決定踏入幾丁質的世界，沒想到這一腳踏進，就過了數十年。

談及這次「氫氧化鈉／單寧酸水溶劑系統」的開發與研究，教授感嘆過程實在是絞盡腦汁，必須先透過想像和假設，在沒有科學證據的情況下，設計出不同的實驗，再逐步驗證，替溶解機制和特性找到合理的解釋，著實不易，但教授也認為，這就是整個過程最有趣的部分！

雖然單寧酸在強鹼和高溫環境並不穩定，需在低溫環境下保存，未來還得開發更多綠色環保製程，才能進一步降低污染和耗能，但整體來說，這項技術能將海洋廢棄物轉化為具備醫藥級水準的高值生物材料，是臺灣在永續發展與循環經濟道路上，走向「海廢變黃金」的典範。

若學生對於海洋資源、食品科學、材料科學有興趣，想從事這類將廢料點石成金的研究，蔡敏郎教授提出一項很好的建議，那就是「保持赤子之心，勇於探索喜歡的事物！」

身為具有數十年研究資歷的學者，教授也特別提醒莘莘學子，人生並非只有科學研究一途。不管喜歡哪個領域的學科都很棒，但其他領域也要稍微顧及，不能偏廢，尤其語言能力格外重要——唯有具備跨領域的背景知識，才可以將研究做得更加寬廣、更加生活化！